JPH11506880A - ディジタル衛星受信器のチューナのための表面弾性波フィルタ - Google Patents

ディジタル衛星受信器のチューナのための表面弾性波フィルタ

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JPH11506880A
JPH11506880A JP9500732A JP50073297A JPH11506880A JP H11506880 A JPH11506880 A JP H11506880A JP 9500732 A JP9500732 A JP 9500732A JP 50073297 A JP50073297 A JP 50073297A JP H11506880 A JPH11506880 A JP H11506880A
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Abstract

(57)【要約】 ディジタル衛星テレビジョン受信装置用のチューナ(9)は、SAWフィルタ(913)がシンボル・シェーピングを行うだけでなく、通常のフィルタリング機能を実行するためにも使用できるだけの十分に低い周波数でIF信号を出力する単一の変換ステージを含んでいる。ローカル・オシレータ(911)は、従来の放送またはケーブル・テレビジョン受信装置のチューナ(9)のローカル・オシレータを制御するために通常使用されている位相ロックループ同調制御ICによって制御される。950から1450MHzまでの周波数レンジにおいてブロック・コンバータ(3)から出力されるRF信号をチューニングするための実施例では、IFは中心周波数が140MHzになっている。リチウム・タンタレートSAWフィルタ(913)は、IF中心周波数の温度によるシフトを最小にすると共に、必要とされる相対的IFバンド幅(すなわち、IFパスバンドの幅をIF中心周波数で割ったもの)を提供するために用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】 ディジタル衛星受信器のチューナのための表面弾性波フィルタ 本発明は衛星受信器のチューナのための表面弾性波(SAW)フィルタに関し 、特に、ディジタル形式で送信されるテレビジョン信号を受信し、処理すること ができるチューナに関する。 衛星テレビジョン受信システムは、皿状の受信アンテナと「ブロック」コンバ ータを装備した「室外ユニット」と、チューナと信号処理セクションを装備した 「室内ユニット」とを含んでいる。ブロック・コンバータは、衛星から送信され た比較的高い周波数をもつRF信号の全レンジを、より管理しやすい、低い周波 数のレンジに変換する。 アナログ形式で送信されるテレビジョン情報を受信し、処理する従来の衛星テ レビジョン受信システムでは、衛星から送信されるRF信号はCバンド(3.7 〜4.2ギガヘルツ)およびKuバンド(11.7〜14.2.2ギガヘルツ) 内にあり、ブロック・コンバータによって「ブロック」としてLバンド(900 〜2000メガヘルツ)に変換されている。室内ユニットにおけるチューナのR Fフィルタ・セクションは、ブロック・コンバータから得られたRF信号のうち 、選択されたチャネルに対応するものを選択し、この選択されたRF信号は、チ ューナのミキサ/ローカル・オシレータ・セクションによって低い中間周波数( IF)レンジに再び変換されてからフィルタリングおよび復調が行われている。 一般に、IF周波数レンジの中心周波数は479メガヘルツになっている。アナ ログ衛星テレビジョン・システムはFM変調を採用しているのが一般的であり、 ベースバンド・ビデオ信号は、IFフィルタによってフィルタリングされた後、 FM復調器によって479 IF信号から容易に得られる。比較的単純な表面弾 性波(SAW)デバイスでも、十分なフィルタリングを行うことができる。 米国インディアナ州インディアナポリスのトムソン・コンシューマ・エレクト ロニクス社(Thomson Consumer Electronics)から提供されているDSS(Direct SatelliteSystem)(登録商標)などの最新のテレビジョン・システムでは、テレ ビジョン情報はディジタル形式で送信されている。RF信号は衛星からKuバン ドで送信され、ブロック・コンバータによってLバンドに変換されている。衛星 から送信されるRF信号の周波数レンジはアナログ衛星テレビジョン・システム の場合よりも若干小さくなっており、例えば、12.2ギガヘルツから12.7 ギガヘルツまでのレンジになっている。そして、ブロック・コンバータから得ら れるRF信号の周波数レンジもこれに応じて小さくなっており、例えば、950 メガヘルツから1450メガヘルツまでのレンジになっている。アナログ衛星テ レビジョン受信システムと同じように、選択されたチャネルに対応するRF信号 は周波数をIF周波数レンジに低減してからフィルタリングおよび復調を行う必 要がある。しかし、ディジタル衛星テレビジョン受信器で要求されるタイプのフ ィルタリング(「シンボル・シェーピング(symbol shaping)」)は、特にSAW デバイスを使用するアナログ衛星テレビジョン受信装置で採用されている比較的 高いIF周波数(例えば、479メガヘルツ)で行うことは容易でない。その結 果、復調されたディジタル信号をフィルタリングするためには、比較的高価なデ ィジタル・フィルタが必要になっている。別の方法として、比較的高い周波数( 例えば、479メガヘルツ)を有する第1のIF信号を第2の低い周波数(例え ば、100メガヘルツより低い)信号に変換してフィルタリングを行うために、 第2の変換ステージをチューナに採用することができる。しかし、第2の変換ス テージは受信器に望ましくないコストの増加をもたらすことになる。 望ましいことは、ディジタル衛星テレビジョン受信器のチューナが、すでに市 販され、従って比較的安価になっているコンポーネントを利用して製造できるよ うにすることである。具体的には、この点に関して望ましいことは、チューナが 、ローカル・オシレータの周波数を制御するための位相ロックループ(PLL) を組み込んである市販の集積回路(IC)を用いて製造できるようにすることで ある。従来の放送およびケーブル・テレビジョン信号を受信して処理する従来の テレビジョン受信器用のチューナPLL ICは非常に多数が普及し、利用可能 になっているので、特に望ましいことは、そのような従来のチューナPLL I Cを利用してディジタル衛星テレビジョン受信器のチューナを製造 できるようになることである。 本発明は、ディジタル衛星テレビジョン受信器のチューナのためのSAWフィ ルタに関するものであって、このテレビジョン受信器は、室外ユニットのブロッ ク・コンバータから受信された選択されたRF信号をIF信号に変換するための 単一変換ステージを備えている。その理由については後に実施例を参照して詳細 に説明するが、IF信号は140MHzのオーダの公称周波数を有することが望 ましい。このチューナのために、このSAWは、リチウム・タンタレート(lithi um tantalate:タンタル酸リチウム)のサブストレートを備えたタイプのものが よい。 本発明の種々の形態については、以下、添付図面を参照して詳しく説明する。 図1は、本発明の一形態に従って構築されたチューナを含んでいるディジタル 衛星テレビジョン受信システムを示すブロック図である。 図2は、図1に示すチューナで使用されている位相ロックループ・チューニン グ集積回路を示すブロック図である。 図3は、図1に示すチューナに採用されているSAWデバイスの理想的な振幅 と周波数応答との関係を示す。 図4は、図1に示すチューナで利用することが望ましい特定タイプのSAWデ バイスの選択を理解する上で役立つ、温度と周波数を関数とするSAWデバイス のある種の特性を示すグラフィック表現である。 以下では、ディジタル衛星テレビジョン・システムに関連して本発明を説明す るが、このシステムでは、テレビジョン情報はMPEGなどの、あらかじめ決め たディジタル圧縮標準に従って符号化され、圧縮された形式で送信される。MP EGは、動画(motion picture)および関連したオーディオ情報を符号化して表現 する国際標準であり、動画専門家グループ(Motion Pictures Expert Group)によ って開発されたものである。テレビジョン情報は、そのテレビジョン情報のビデ オ部分とオーディオ部分にそれぞれ対応する、パケットに編成された一連のディ ジタル信号またはディジタル信号ストリームで表されている。ディジタル信号は 、QPSK(Quaternary Phase Shift Keying)変調として知られて いるものによってRF搬送波信号を変調したもので、RF信号は地球軌道上の衛 星へ送信され、そこから地上へ送り返される。衛星は複数のトランスポンダを搭 載しているのが一般的であり、それぞれの変調されたRF搬送波を受信し、再送 信する。Hughes Corporation(米国カリフォルニア州)により運営されているD irecTV(登録商標)はこの種のディジタル衛星テレビジョン送信システム である。 図1に示すディジタル衛星テレビジョン受信システムでは、ビデオ情報および オーディオ情報を表すディジタル信号で変調されたRF信号は衛星(図示せず) から送信され、皿状アンテナ1によって受信される。比較的高い周波数を有する 受信RF信号(例えば、12.2から12.7ギガヘルツまでのKu周波数レン ジ)はブロック・コンバータ3によって比較的低い周波数のRF信号(例えば、 950から1450MHzまでのLバンド)に変換される。ブロック・コンバー タ3は低ノイズ増幅器(low noise amplifier)を備えているので、その頭文字を とって「LNB」と呼ばれることがよくある。アンテナ1とLNB3は、受信シ ステムのいわゆる「室外ユニット」5に置かれている。受信システムの残りの部 分は、いわゆる「室内ユニット」7に置かれている。 室内ユニット7は、所望のチャネルに対応する特定のRF信号を、室外ユニッ ト5から受信される複数のRF信号から選択し、その選択されたRF信号を低い 中間周波数(IF)信号に変換するためのチューナ9を装備している。チューナ 9は、以下で詳しく説明するように本発明に従って構築されている。 QPSKデモジュレータ11はチューナ9の出力信号を復調し、2つのアナロ グ直角位相ディジタル信号(IおよびQ)を出力する。デコーダ(復号器)13 はI信号とQ信号からビデオおよびオーディオ・パケットのストリームを出力す る。デコーダ13は、アナログI信号とQ信号をそれぞれ一連のディジタル・サ ンプルに変換するアナログ・ディジタル・コンバータと、送信ディジタル信号に 埋め込まれたエラー・コードに基づいて伝送誤りを訂正するエラー・コレクタ(e rror corrector)を備えている。デコーダ13から得られたディジタル・ストリ ームのビデオおよびオーディオ・パケットは、トランスポート・ユニット15に よってディジタル信号処理(digital signal processing‐DSP)ユニット 17のそれぞれのセクションへ転送される。 上述したディジタル衛星テレビジョン受信器は、Thomson Consumer Electroni cs,Inc.(米国インディアナ州インディアナポリス)から市販されているDS S(登録商標)衛星テレビジョン受信器に類似している。本発明の関心事は、チ ューナ9を実現するための詳細である。 チューナ9は、LNB3から送られてきたRF信号を入力端901から受信す る。このRF入力信号はワイドバンド(広帯域)フィルタ903によってフィル タ処理され、RF増幅器905で増幅され、チューナブル(tunable)・バンドパ ス・フィルタ907でフィルタ処理される。その結果として得られたRF信号は 、ミキサ909の第1入力端に結合されている。ローカル・オシレータ(LO) 911から得られたローカル・オシレータ信号は、ミキサ909の第2入力端に 結合されている。ミキサ909の出力は増幅器912によって増幅され、SAW デバイスを含むIFフィルタ913の入力端に結合されている。IFフィルタ9 13の出力は、チューナ9の出力端915に結合されている。 ローカル・オシレータ911の周波数は、集積回路(IC)を含む位相ロック ループ(PLL)917によって制御されている。L0信号の周波数は、マイク ロプロセッサ919によって生成されたデータに従ってPLL ICにより制御 されている。 図2に示すように、PLL ICは、LO信号の周波数を分割する「プリスケ ーラ(prescalar)」周波数デバイダ917−1と、その後に置かれたプログラマ ブル周波数デバイダ(÷N)917−3とを含んでいる。PLL ICは増幅器 917−5も含んでおり、これは外部の水晶回路917−7と一緒になって、基 準周波数オシレータ(reference frequency oscillator)を構成している。基準周 波数オシレータの出力は基準周波数デバイダ(÷R)917−9の入力端に結合 されている。プログラマブル・デバイダ(÷N)917−3および基準デバイダ (÷R)917−9の出力信号は、位相検出器917−11のそれぞれの入力端 に結合されている。位相検出器917−11の出力信号は増幅器917−13に 結合されており、この増幅器は外部フィルタ・ネットワーク917−15と一緒 になって、LO 911の制御電圧を出力する積分器(integrator)を構成して いる。位相ロックループがロックされたとき、LO信号の周波数は、プログラマ ブル・デバイダ(÷N)917−3のプログラマブル分割ファクタ(N)によっ て基準周波数デバイダ(÷R)から得られる基準周波数信号の周波数と比較関係 にある。プログラマブル分割ファクタNは、マイクロプロセッサ919によって 生成されるデータによって制御される。 前述したように、望ましいことは、チューナが次の3つの特性を持っているこ とである。(1)単一の変換ステージのみを含んでいること、(2)ディジタル ・シンボル・シェーピングのためにSAWデバイスの使用を可能にすると共に、 通常のIFフィルタリングを可能にするだけの十分に低い周波数を持つIF信号 を出力すること、および(3)放送およびケーブル受信器用に従来使用されてい るPLLチューニング制御ICを使用して構築できること、である。このことは 、本発明によるチューナでは、IF信号の中心周波数が140MHzとなるよう に選択し、そしてLO信号の周波数がそれぞれのチャネル(トランスポンダ)の 周波数RF信号より下の140MHzとなるように制御することによって、なし 遂げられる。その結果、RF入力信号の周波数レンジが950MHzと1450 Mzの間にあるときは、LO信号の周波数レンジは810MHzと1310MH zの間となる。140MHzのIF周波数であれば、以下で説明するように、必 要な特性を持つSAWデバイスを使用することができる。LO信号の810−1 310MHz周波数レンジであれば、従来から放送およびケーブル受信器用に使 用されているPLLチューニング制御ICを使用することができる。このような ICとしては、Philips Semiconducators 社あるいは他社から市販されているT SA5515Tがある。なお、この点に関して注目すべきことは、TSA551 5Tおよび類似のICを使用して得られる最大LO周波数は1300MHzのオ ーダであり、これで十分である。 注目すべきことは異なるIF周波数が可能であり、一般的には、IF周波数は 、LNBから受信されるRF信号の最高周波数と、従来の放送およびケーブル・ テレビジョン受信器で通常使用されている従来のチューナPLL ICを使用す ることにより得られる最高ローカル・オシレータ周波数と、の差のオーダとなる ように選択できることである。 チューナブル・バンドパス・フィルタ907で望ましいことは、所望RF信号 の周波数よりも280MHz下の周波数にある所望RF信号のイメージを除去す ることである。 ディジタル伝送システムでは、望ましいことは、「シンボル・シェーピング」 として知られているものを行って、符号間干渉(intersymbol interference)が比 較的ない信号を得ることである。このような干渉は、ディジタル信号のパルス成 分の高周波エネルギに関するフィルタリングが、送信側においてバンド幅の制約 のため不適切であると起こる可能性がある。望ましいシンボル・シェーピング機 能は、送信器側と受信器側の間で共用させることができる。受信器側において、 望ましいことは、IFフィルタがシンボル・シェーピングと通常のIFフィルタ リング機能を同時に備え、別々のディジタル・フィルタを必要としないようにす ることである。例えば、IFフィルタは、ディジタル・フィルタ分野で「ルート かさ上げ余弦(root raised cosine)」応答として知られている特性を持つことが できる。このような応答特性は図3に示されている。SAWデバイスは、以下に 述べる本発明の形態に従ってその特性を慎重に選択すれば、シンボル・シェーピ ングを行うことができる。 SAWフィルタには、ディジタル衛星テレビジョン受信器のチューナで応用す るとき重要であると考えられる特性が2つある。その特性とは、(1)フィルタ 特性が温度と共に全体的にシフトまたはオフセットすること(つまり、中心周波 数のシフト)、(2)相対的バンド幅(つまり、中心周波数で除したパスバンド 幅)が変化することである。 SAWデバイスの最も普及型では、基板(substate)としてニオブ酸リチウム( リチウム・ニオベート:lithium niobate‐LiNbO3)を使用している。ニオブ酸 リチウムSAWでは、典型的な温度係数は、−90ppm/℃になっている。本 発明によるチューナは別のタイプのSAWを採用し、これは基板にタンタル酸リ チウム(リチウム・タンタレート:lithium tantalate‐LiTaO3)を使用してい る。タンタル酸リチウムSAWでは、典型的な温度係数は、−23ppm/℃に なっている。温度範囲が−20から+70℃であり、中心周波数が140MHz であるとすると、温度と共に変化する周波数シフトに関して次のような評 価を行うことができる。 ニオブ酸リチウム(リチウム・ニオベート)の温度ドリフトは 140E6x-90E-6x+/-45=+/-567.0 Hzとなり、 タンタル酸リチウム(リチウム・タンタレート)の温度ドリフトは 140E6x-23E-6x+/-45=+/-144.9 Hzとなる。 500kHzのシフトはノイズ余裕度をわずかに0.1dBより少なく低下さ せる(noise margin degradation)ので望ましくないとすると、ニオブ酸リチウム SAWは温度変化の範囲にわたって500kHzの目標値を超えることになる。 ニオブ酸リチウムSAWを使用するためには、中心周波数を123MHzまたは それ以下に低減して500kHzの目標値を維持する必要がある。タンタル酸リ チウムSAWでは、中心周波数を483MHzまたはそれ以下にするだけでよい 。 相対的バンド幅(relative bandwidth)に関しては、以下のことに注目すべきで ある。一般に、相対的バンド幅の広いフィルタを作ることは困難であり、相対的 バンド幅が15%ないし18%を超えるフィルタでは、ニオブ酸リチウムSAW を使用する必要がある。必要とされる相対的バンド幅を小さくすると、どちらの タイプのSAWでも使用が可能になる。中心周波数が140MHzである20M Hz幅のフィルタは、相対的バンド幅がわずか14%である。もし相対的バンド 幅を18%にする必要があれば、IF中心周波数を110MHzにする必要があ る。 図4は上述してきた特性を要約した図である。図4は、ニオブ酸リチウムSA Wまたはタンタル酸リチウムSAW、あるいはその両方が、必要とされる温度ド リフトおよび相対的バンド幅条件(requirements)を満足できる周波数領域と、両 方の条件(both requirements)を考慮したときの結果を示している。同図から理 解されるように、IF周波数が110MHzより低いときは、ニオブ酸リチウム SAWが必要であり、IF周波数が110MHzと123MHzの間にあるとき は、ニオブ酸リチウムSAWまたはタンタル酸リチウムSAWのどちらでも利用 できる。IF周波数が123MHzと483MHzの間にあるときは、タンタル 酸リチウムSAWが必要であり、IF周波数が483MHzを超える SAWは、温度ドリフトが過剰になるため上記条件を満足することができない。 中心周波数が140MHzのときは、タンタル酸リチウムSAWを使用する必要 がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,S Z,UG),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD ,RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ, DE,DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,I S,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LK,LR ,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN, MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,S D,SE,SG,SI,SK,TJ,TM,TR,TT ,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 ステュアート,ジョン,シドニー アメリカ合衆国 46268 インデイアナ州 インデイアナポリス ウエスト 71エス ティー ストリート 3655

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.衛星受信アンテナ(1)およびブロック・コンバータ(3)を含んでいる室 外ユニット(5)から受信される複数のRF信号のそれぞれ上に変調されたディ ジタル信号を受信し、処理するディジタル衛星テレビジョン受信装置において、 チューナ(9)は、 前記ブロック・コンバータ(3)から出力された複数のRF信号を受信するR F入力端と、 ローカル・オシレータ信号を生成するローカル・オシレータ(911)と、 前記RF入力端に結合された第1入力端と、前記ローカル・オシレータ(91 1)に結合された第2入力端と、IF信号が出力される出力端とを有するミキサ (909)と、 前記ミキサ(909)の前記出力端に結合されており、符号間干渉を低減する ためのシンボル・シェーピングを含んだフィルタリングを前記IF信号に対して 行う表面弾性波(SAW)フィルタ(913)とを備え、 前記表面弾性波フィルタ(913)はリチウム・タンタレート・サブストレー トを有することを特徴とする装置。 2.請求項1に記載の装置において、 前記ブロック・コンバータ(3)は950から1450MHzまでのオーダの 周波数レンジにあるRF信号を出力し、前記ローカル・オシレータ(911)は 810から1310MHzまでのオーダの周波数レンジをもつことを特徴とする 装置。 3.請求項2に記載の装置において、 前記表面弾性波フィルタ(913)は140MHzの公称中心周波数を有する ことを特徴とする装置。 4.請求項1に記載の装置において、 前記ローカル・オシレータ(911)は、前記ローカル・オシレータ(911 )の周波数を制御するための位相ロックループ(911,917)に含まれてい ることを特徴とする装置。 5.請求項4に記載の装置において、 前記位相ロックループ(911,917)は、従来の地上放送およびケーブル ・テレビジョン受信装置に通常用いられているタイプの位相ロックループ・チュ ーニング制御集積回路を含んでいることを特徴とする装置。 6.請求項5に記載の装置において、 前記IF信号の周波数は、前記ブロック・コンバータ(3)から受信される前 記RF信号の最高周波数と、前記位相ロックループ・チューニング制御集積回路 を利用することにより得られる最高ローカル・オシレータ周波数との差のオーダ となるように選択されることを特徴とする装置。 7.請求項6に記載の装置において、 前記ブロック・コンバータ(3)は950から1450MHzまでのオーダの 周波数レンジにあるRF信号を出力し、前記ローカル・オシレータ(911)は 810から1310MHzまでのオーダの周波数レンジをもつことを特徴とする 装置。 8.請求項6に記載の装置において、 前記表面弾性波フィルタ(913)は140MHzの公称中心周波数を有する ことを特徴とする装置。 9.衛星受信アンテナ(1)およびブロック・コンバータ(3)を含んでいる室 外ユニット(5)から受信される複数のRF信号のそれぞれ上に変調されたディ ジタル信号を処理するディジタル衛星テレビジョン受信装置において、チューナ (9)は、 前記ブロック・コンバータ(3)から出力された複数のRF信号を受信するR F入力端と、 ローカル・オシレータ信号を生成するローカル・オシレータ(911)と、 前記RF入力端に結合された第1入力端と、前記ローカル・オシレータ(91 1)に結合された第2入力端と、IF信号が得られる出力端とをもつミキサ(9 09)と、 前記ミキサ(909)の前記出力端に結合されており、符号間干渉を低減する ためのシンボル・シェーピングを含んだフィルタリングを前記IF信号に対して 行う表面弾性波(SAW)フィルタ(913)とを備え、前記表面弾性波フィル タ(913)は45度Cの温度範囲にわたって500kHZより少ない変動をす る中心周波数を有し、かつ15%より少ない相対的バンド幅を有することを特徴 とする装置。 10.請求項9に記載の装置において、 前記ローカル・オシレータ(911)は、前記ローカル・オシレータ(911 )の周波数を制御するための位相ロックループ(911,917)に含まれてい ることを特徴とする装置。 11.請求項10に記載の装置において、 前記位相ロックループ(911,917)は、従来の地上放送およびケーブル ・テレビジョン受信装置に通常用いられているタイプの位相ロックループ・チュ ーニング制御集積回路を含んでいることを特徴とする装置。 12.請求項11に記載の装置において、 前記IF信号の周波数は、前記ブロック・コンバータ(3)から受信される前 記RF信号の最高周波数と、前記位相ロックループ・チューニング制御集積回路 を利用することにより得られる最高ローカル・オシレータ周波数との差のオーダ となるように選択されることを特徴とする装置。 13.請求項12に記載の装置において、 前記ブロック・コンバータ(3)は950から1450MHzまでのオーダの 周波数レンジにあるRF信号を出力し、前記ローカル・オシレータ(911)は 810から1310MHzまでのオーダの周波数レンジをもつことを特徴とする 装置。 14.請求項12に記載の装置において、 前記表面弾性波フィルタ(913)は140MHzの公称中心周波数を有する ことを特徴とする装置。 15.請求項9に記載の装置において、 前記表面弾性波フィルタ(913)はリチウム・タンタレート・サブストレー トを有することを特徴とする装置。
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